Первое наблюдение таинственного майорановского фермиона в металле

Физики в Массачусетском технологическом институте наблюдали свидетельства майорановских фермионов – частиц, которые, согласно теории, являются своей собственной античастицей. Результаты их работы опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

В физике элементарных частиц фермионы представляют собой класс элементарных частиц, который включает в себя электроны, протоны, нейтроны и кварки, составляющие строительные блоки материи.

По большей части эти частицы считаются дираковскими фермионами, названные по имени английского физика Пола Дирака, который первым предсказал, что у всех фермионных фундаментальных частиц где-то во Вселенной должен быть аналог в форме античастицы – по сути, идентичный двойник с противоположенным зарядом.

В 1937 году итальянский физик-теоретик Этторе Майорана расширил теорию Дирака, предсказав, что среди фермионов должно быть несколько частиц, названных теперь майорановскими фермионами, которые неотличимы от их античастиц.

Таинственным образом физик исчез во время поездки на пароме у побережья Италии всего через год после того, как сделал свой прогноз. С тех пор ученые искали загадочную частицу Майораны. Было предположено, но не доказано, что нейтрино может быть майорановской частицей. С другой стороны, теоретики предсказали, что майорановские фермионы могут также существовать в твердых телах в особых условиях.

Теперь команда физиков под руководством MIT обнаружила свидетельства майорановских фермионов в системе, которая состоит из нанопроволок золота, выращенных на сверхпроводящем материале —ванадии и усеянных маленькими ферромагнитными «островками» сульфида европия.

Когда исследователи сканировали поверхность вблизи “островков”, они увидели характерные пики сигнала, близкие к нулевой энергии, на самой верхней поверхности золота, которые, согласно теории, должны генерироваться только парами майорановских фермионов.

«Майорановские фермионы – это те экзотические вещи, которые давно мечтали увидеть, и теперь мы видим их в очень простом материале – золоте. Мы показали, что они есть, они стабильные и легко масштабируемые», – комментирует исследование Джагадиш Мудера (Jagadeesh S. Moodera), старший научный сотрудник физического факультета Массачусетского технологического института.

При определенных условиях фермионы в сверхпроводнике могут использоваться как строительные блоки для квантовых компьютеров. Поэтому следующим шагом для ученых станет эксперимент по превращению фермионов в кубиты, что станет огромным прогрессом в направлении практических квантовых вычислений.

по материалам pnas.org, ab-news.ru

Источник: vk.com

Комментарии: